Wenn Sie mit Automatisierung arbeiten, haben Sie zumindest von Coriolis-Metern gehört. Aber wissen Sie, wie sie funktionieren? Die physikalischen Prinzipien hinter ihnen? Dieser Artikel erklärt diese Schritt für Schritt, so dass Sie am Ende des Artikels ein Coriolis-Experte sind.

Im wörtlichen Sinne wird ein Coriolis-Effekt verwendet, um die Windstrom-Verformung in Geographieklassen zu erklären. Aber wenn es um die Welt der Prozessautomatisierung geht, werden Automatisierungsingenieure sofort an einen Coriolis-Durchflussmesser denken.

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Was ist der Coriolis-Effekt?

Auch wenn wir den Coriolis-Effekt vielleicht vergessen haben, erinnern wir uns an Newtons Bewegungsgesetze. Das erste Gesetz der Bewegung, auch bekannt als das Gesetz der Trägheit, besagt, dass ein Objekt im gleichen Zustand bleiben wird, entweder ruht oder sich gleichmäßig in einer geraden Linie bewegt, wenn keine äußeren Kräfte es beeinflussen. Der wichtigste Teil, an den man sich erinnern muss – in einer geraden Linie.

Hast du das Gesetz wieder im Kopf? Dieses Gesetz gilt jedoch nur für einen trägen Bezugsrahmen. Was ist, wenn wir einen rotierenden Rahmen haben? Hier setzt der Coriolis-Effekt ein. Wir werden dies mit einem Beispiel illustrieren.

Lassen Sie uns sagen, Sie spielen mit einem Freund in einem Karussell-Runde, mit dem Freund in der Mitte und Sie am äußeren Rand. Zum Zwecke dieses Beispiels nehmen wir an, dass Sie im Moment keinen Wind haben, was bedeutet, dass keine externen Kräfte den Weg des Balls stören.

Die Karussell-Runde ist immer noch und dein Freund wirft dir den Ball. Ohne Windinterferenz bewegt sich der Ball aus dem Zentrum der Karussell-Runde heraus zu Ihnen in einer geraden Linie. Wenn Ihr Freund den Ball wirft, verläuft er immer noch geradlinig in einem Trägheitsrahmen.

Jedoch, wenn wir dir perspektive drehen, macht der Ball eine Kurve. Und raten Siel, was diese Kurve erzeugt? Der Coriolis-Effekt.

Die Analyse des Beispiels zeigt, dass die Coriolis “Kraft” eine Wahrnehmungsfrage ist. Der Ball geht immer noch geradeaus, aber wir sehen, dass er eine Kurve macht, weil wir uns bewegen. Da es keine wirkliche Kraft gibt, die auf den Ball einwirkt, nennen viele Leute ihn jetzt Coriolis-Effekt anstelle von -Kraft. Aber für mathematische Zwecke sagen wir immer noch Coriolis-Kraft für die Trägheitskraft oder fiktive Kraft.

Die Berechnung

Obwohl keine Kraft die Bahn des Balls in der Karussell-Runde beeinflusst, sehen Sie und Ihr Freund in rotierter Ansicht eine Kurve. Wir können die Beschleunigung hier berechnen, weil die Trägheit des Balls proportional zu (a) der Geschwindigkeit des Balls in der geraden Linie und (b) die Geschwindigkeit der Karusselldrehung ist.

Wir nennen dies die Coriolis-Beschleunigung und verwenden die folgende Formel, um sie zu beschreiben:

ac = 2*ω*v

  • ac = Coriolis-Beschleunigung
  • ω = Drehgeschwindigkeit (Karussell-Runde)
  • v = Geschwindigkeit senkrecht zur Drehachse (Kugel in einer geraden Linie)

Wenn wir zurück zu Newtons Bewegungsgesetzen gehen, speziell zum zweiten, finden wir ein Verhältnis zwischen Kraft und Beschleunigung:

F = m*a

  • F = Kraft
  • m = Masse
  • a = Beschleunigung

Wenn wir also beide Seiten mit der Masse des Objekts, in unserem Beispiel der Kugel, multiplizieren und die Beschleunigung durch die Coriolis-Formel ersetzen, können wir die Coriolis-Kraft mit der folgenden Formel ermitteln:

Fc = m*2*ω*v

Also ist die Coriolis-Kraft proportional zur Winkelgeschwindigkeit, Rotationsgeschwindigkeit und Masse. Und deshalb können wir einen Coriolis-Durchflussmesser als Massendurchflussmesser verwenden.

Andere Anwendungen des Coriolis-Effekts

Wir haben das Beispiel der Karussell-Runde verwendet, um den Effekt zu erklären. Wir haben jedoch ein weiteres – sehr großes – Objekt, das auch einen rotierenden Referenzrahmen durch Drehen um seine Achse erzeugt.

Meteorologen nutzen den Coriolis-Effekt. Wind weht über die Erde von den Polen (Hochdruckanlagen) bis zum Äquator (Niederdrucksysteme). Am Äquator bewegen er sich jedoch schneller als an den Polen, denn ein Punkt im Äquator muss in 24 Stunden eine weitere Strecke zurück legen als ein Punkt in der Nähe eines der Pole.

Also, erinnern wir uns an das Beispiel der Karusell-Runde, aber mit der Erde als rotierenden Rahmen. Wenn wir am Nordpol sind und einen Ball zu deinem Freund am Äquator werfen, dann wird die Flugbahn aussehen, als würde er nach rechts abdrehen, weil er schneller reist als wir.

Wenn Ihr Freund den Ball zurück wirft, dann wird es ihm scheinen, dass der Ball ebenfalls nach rechts abdreht, weil Sie langsamer sind als er. So lenken sich die Winde der südlichen Hemisphäre nach links und in der nördlichen Hemisphäre nach rechts aufgrund des Coriolis-Effekts.

In der Vergangenheit nutzten die Navigatoren diesen Effekt, um die so genannten “Handelswinde” zu prognostizieren, welche die Reise zwischen Europa und Südamerika beeinflussten. Flugzeuge und Raketen erleben dies ebenfalls, Piloten müssen daher die Erdrotation berücksichtigen, wenn sie lange Strecken fliegen. Wenn sie versuchen, in einer geraden Linie zwischen zwei Orten zu reisen, werden sie wahrscheinlich das Ziel verfehlen! 

Um mehr über Coriolis-Durchflussmesser zu erfahren, you can get in touch with our engineers!

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